CN102606285A

CN102606285A - 两级增压的涡轮增压器

Info

Publication number: CN102606285A
Application number: CN2012100999558A
Authority: CN
Inventors: 管恩虎; 刘恩来; 徐作森; 刘风虎; 王新江; 卢艳; 王新明; 付同军; 邓海明; 付冠军; 李毅; 宫建民
Original assignee: WEIFANG FUYUAN TURBOCHARGERS CO Ltd
Current assignee: WEIFANG FUYUAN TURBOCHARGERS CO Ltd
Priority date: 2012-04-07
Filing date: 2012-04-07
Publication date: 2012-07-25

Abstract

一种两级增压的涡轮增压器，涉及乘用车辆的内燃机增压器设备技术领域，包括连接在一起的高压增压器和低压增压器，高压涡轮壳的壳体上设有连通高压涡轮进气口与低压涡轮进气口的气体通道，所述气体通道上安装有用于控制所述气体通道内气流的流量控制阀；所述低压涡轮壳与所述高压涡轮壳连接为一体，所述低压涡轮进气口连接所述高压涡轮排气口。本发明不仅解决了乘用车辆发动机低转速下高扭矩和高转速下功率最大化的矛盾，且结构紧凑，占用空间小，密封性能好，工作可可靠性高，生产安装简单方便，在乘用车辆等发动机空间狭小的车辆上具有很高的使用价值。

Description

两级增压的涡轮增压器

技术领域

本发明涉及乘用车辆的内燃机增压器设备技术领域，特别涉及一种两级增压的涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器可以在内燃机结构不变的情况下提高功率、降低燃油消耗率、缩小内燃机的外形尺寸，高原功率恢复等优点，但采用传统上的单一涡轮增压器与发动机匹配时存在诸多缺陷：不能兼顾发动机高速和低速的工况，低速扭矩不足、低速和部分负荷时经济性差，起动、加速性能差，瞬态响应性迟缓和冒烟严重等，对于转速和负荷范围要求都比较宽广的车用发动机而言，这些缺陷尤为突出，越来越难以满足市场的需求。为了同时满足额定工况点和低速大扭矩点的性能，满足未来排放法规的要求，采用两级增压技术受到越来越高的重视，是涡轮增压技术发展的主要方向，目前所使用的两级涡轮增压器多是采用一个小的高压增压器和一个大的低压增压器进行串联，此种结构的两级涡轮增压器结构复杂，连接管路繁多，占用空间大，这就使得两级涡轮增压器在乘用车辆等发动机空间狭小的车辆上使用受限；再有就是连接管路繁多，各管路的接口就多，不仅增加了安装工人的工作强度，且各管路的接口处很容易因连接不好而发生漏气的现象，造成的能耗也高，严重的影响了两级涡轮增压器的工作可靠性，进而影响了车辆的性能。

发明内容

本发明目的是为了克服上述不足，提供一种两级增压的涡轮增压器，该两级增压的涡轮增压器结构紧凑，占用空间小，且密封性能好，工作可靠性高，适于在乘用车辆等发动机空间狭小的车辆上使用。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种两级增压的涡轮增压器，包括连接在一起的高压增压器和低压增压器，所述高压增压器包括高压压缩机和高压涡轮，所述高压涡轮外部设有高压涡轮壳，所述高压涡轮壳上设有高压涡轮排气口和用于连接发动机排气管的高压涡轮进气口；所述低压增压器包括低压压缩机和低压涡轮，所述低压涡轮外部设有低压涡轮壳，所述低压涡轮壳上设有低压涡轮进气口和低压涡轮排气口，所述高压涡轮壳的壳体上设有连通所述高压涡轮进气口与所述低压涡轮进气口的气体通道，所述气体通道上安装有用于控制所述气体通道内气流的流量控制阀；所述低压涡轮壳与所述高压涡轮壳连接为一体，所述低压涡轮进气口连接所述高压涡轮排气口。

作为一种改进，所述低压涡轮壳为整体铸造结构。

作为进一步的改进，所述流量控制阀的阀体安装于所述低压涡轮壳上且位于所述气体通道的位置，所述流量控制阀的阀杆穿出所述低压涡轮壳的壳体并连接阀杆控制单元。

本发明的有益效果在于：由于高压涡轮壳的壳体上设有连通高压涡轮进气口与低压涡轮进气口的气体通道，且气体通道上安装有用于控制气体通道内气体流量的流量控制阀，当发动机处于低转速时，流量控制阀关闭，发动机排出的废气流经高压涡轮，驱动高压涡轮旋转，带动高压压缩机工作，从而能在发动机低转速时提供稳定的扭矩和更好的加速性能；当发动机转速升高，增压压力达到高压增压器的设定值时，流量控制阀打开，由于高压涡轮的阻力作用，此时发动机排出的废气大部分将通过气体通道直接进入低压增压器，驱动低压涡轮旋转，从而带动低压压缩机工作，只有少部分的气体流经高压涡轮，驱动高压涡轮旋转带动高压压缩机工作，此时高压增压器和低压增压器同时工作，既保证了切换的平顺性又保证了功率的稳定增加，及较大转速范围内的高扭矩输出。这种将原来的高压增压器旁通管路直接设计于高压涡轮壳壳体内的结构不仅节省了空间，同时还避免了因管路间密封不严而产生的漏气现象，提高了两级涡轮增压器运行的可靠性。由于将低压涡轮壳与高压涡轮壳连接为一体，低压涡轮进气口与高压涡轮排气口连接，高压涡轮排气口与低压涡轮排气口通过低压涡轮壳连通，此种结构将原有的高压涡轮壳与低压涡轮壳之间的连接管路、以及高压涡轮的排气管路都整合到了低压涡轮壳的壳体内，解决了原有两级涡轮增压器结构复杂，连接管路繁多，占用空间大的问题，还极大的减少了生产工人的工作量，提高了工人的工作效率；同时由于用整体的壳体代替了原有复杂的管路，不仅避免了因管路间密封不严而产生的漏气现象，而且还减少了能量的损耗，进一步的提升了两级涡轮增压器运行的稳定性和可靠性，从而提高了发动机的性能。

综上所述，本发明不仅解决了乘用车辆发动机低转速下高扭矩和高转速下功率最大化的矛盾，且结构紧凑，占用空间小，密封性能好，工作可靠性高，生产安装简单方便，在乘用车辆等发动机空间狭小的车辆上具有很高的使用价值。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明低压涡轮壳与高压涡轮壳的连接示意图；

图3是图2的A-A线剖视图；

图4是本发明的低压涡轮壳的结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是本发明高压涡轮壳的结构示意图；

图中：1、高压增压器，10、高压压缩机，11、高压涡轮壳，110、高压涡轮进气口，111、高压涡轮排气口，112、气体通道，2、低压增压器，20、低压压缩机，21、低压涡轮壳，210、低压涡轮进气口，211、低压涡轮排气口，212、进气管道腔，3、流量控制阀，30、阀体，31、阀杆，32、阀杆控制单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6共同所示，一种两级增压的涡轮增压器，包括连接在一起的高压增压器1和低压增压器2，高压增压器1包括高压压缩机10和高压涡轮，高压涡轮外部设有高压涡轮壳11，高压涡轮壳11上设有高压涡轮排气口111和用于连接发动机排气管的高压涡轮进气口110；低压增压器2包括低压压缩机20和低压涡轮，低压涡轮外部设有低压涡轮壳21，低压涡轮壳21上设有低压涡轮进气口210和低压涡轮排气口211，高压涡轮壳11的壳体上设有连通高压涡轮进气口110与低压涡轮进气口210的气体通道112，气体通道112上安装有用于控制所述气体通道112内气流的流量控制阀3；低压涡轮壳21与高压涡轮壳11连接为一体，所述低压涡轮进气口210连接高压涡轮排气口111。由于高压涡轮壳11的壳体上设有连通高压涡轮进气口110与低压涡轮进气口210的气体通道112，且气体通道112上安装有用于控制气体通道112内气体流量的流量控制阀3，当发动机处于低转速时，流量控制阀3关闭，发动机排出的废气流经高压涡轮，驱动高压涡轮旋转，带动高压压缩机10工作，从而能在发动机低转速时提供稳定的扭矩和更好的加速性能；当发动机转速升高，增压压力达到高压增压器1的设定值时，流量控制阀3打开，由于高压涡轮的阻力作用，此时发动机排出的废气大部分将通过气体通道112直接进入低压增压器2，驱动低压涡轮旋转，从而带动低压压缩机20工作，只有少部分的气体流经高压涡轮，驱动高压涡轮旋转带动高压压缩机10工作，此时高压增压器1和低压增压器2同时工作，既保证了切换的平顺性又保证了功率的稳定增加，及较大转速范围内的高扭矩输出。这种将原来的高压增压器旁通管路直接设于高压涡轮壳壳体内的结构不仅节省了空间，同时还避免了因管路间密封不严而产生漏气的现象，提高了两级涡轮增压器运行的可靠性。由于将低压涡轮壳21与高压涡轮壳11连接为一体，低压涡轮进气口210与高压涡轮排气口111相连接，高压涡轮排气口111与低压涡轮排气口211通过低压涡轮壳21连通，此种结构将原有的高压涡轮壳与低压涡轮壳之间的连接管路、以及高压涡轮的排气管路都整合到了低压涡轮壳21的壳体内，解决了原有两级涡轮增压器结构复杂，连接管路繁多，占用空间大的问题，还极大的减少了生产工人的工作量，提高了工人的工作效率；同时由于用整体的壳体代替了原有复杂的管路，不仅避免了因管路间密封不严而产生的漏气现象，而且还减少了能量的损耗，进一步的提升了两级涡轮增压器运行的稳定性和可靠性，从而提高了发动机的性能。

如图2、图3、图4和图5共同所示，低压涡轮壳为整体铸造结构。低压涡轮壳21内设有相连通的低压涡轮腔和进气管道腔212，低压涡轮排气口211设于低压涡轮腔的一侧，低压涡轮进气口210设于进气管道腔212的端部，进气管道腔212部位的低压涡轮壳21的壳体结构与发动机的空间相适应，该部位的长度和弯曲弧度可以根据不同车型的发动机的空间进行调整。当流量控制阀3关闭时，发动机排出的废气从高压涡轮进气口110进入，流经高压涡轮，驱动高压涡轮旋转后，经高压涡轮排气口111、低压涡轮进气口210进入到低压涡轮壳21的进气管道腔212内，流经进气管道腔212后进入低压涡轮腔，最后经低压涡轮排气口211排出；当流量控制阀3打开时，发动机排出的废气从高压涡轮进气口110进入，由于高压涡轮的阻力作用，使得大部分气体通过气体通道112、低压涡轮进气口210进入低压涡轮壳21的进气管道腔212内，流经进气管道腔212后进入低压涡轮腔，驱动低压涡轮旋转后，经低压涡轮排气口211排出，只有少部分气体经过高压涡轮，驱动高压涡轮旋转后经高压涡轮排气口111、低压涡轮进气口210进入到低压涡轮壳21的进气管道腔212内，流经进气管道腔212后进入低压涡轮腔，最后经低压涡轮排气口211排出。

如图3和图4共同所示，流量控制阀3的阀体30安装于低压涡轮壳2上且位于高压涡轮进气口110与低压涡轮进气口210连通的气体通道112处，流量控制阀3的阀杆31穿出低压涡轮壳21的壳体并连接阀杆控制单元32，阀杆控制单元32可以用气动或电动结构实现，因流量控制阀3不是本发明的发明要点，故在此不再详述。

本发明的工作原理：本发明所述的两级涡轮增压器是由一个小的高压增压器1和一个大的低压增压器2串联而成。在发动机低转速工作的情况下，位于气体通道112端部的流量控制阀3关闭，高压增压器1与发动机同步工作，从而能在发动机低速状态下提供稳定的扭矩和更好的加速性能；随着发动机转速的增加，当增压压力达到高压增压器1的设定值时，位于气体通道112端部的流量控制阀3打开，低压增压器2开始参与工作，此时小的高压增压器1和大的低压增压器2同时工作，既保证了切换的平顺性又能保证功率稳定增加，及较大转速范围内的高扭矩输出。不仅解决了乘用车辆发动机低转速下高扭矩和高转速下功率最大化的矛盾，并通过对低油耗区的覆盖区间进行调整，改善了燃油经济性，排放性能得到了优化，且结构紧凑，占用空间小，密封性能好，工作可靠性高，生产安装简单方便，在乘用车辆等发动机空间狭小的车辆上具有很高的使用价值。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.两级增压的涡轮增压器，包括连接在一起的高压增压器和低压增压器，所述高压增压器包括高压压缩机和高压涡轮，所述高压涡轮外部设有高压涡轮壳，所述高压涡轮壳上设有高压涡轮排气口和用于连接发动机排气管的高压涡轮进气口；所述低压增压器包括低压压缩机和低压涡轮，所述低压涡轮外部设有低压涡轮壳，所述低压涡轮壳上设有低压涡轮进气口和低压涡轮排气口，其特征在于：所述高压涡轮壳的壳体上设有连通所述高压涡轮进气口与所述低压涡轮进气口的气体通道，所述气体通道上安装有用于控制所述气体通道内气流的流量控制阀；所述低压涡轮壳与所述高压涡轮壳连接为一体，所述低压涡轮进气口连接所述高压涡轮排气口。

2.根据权利要求1所述的两级增压的涡轮增压器，其特征在于：所述低压涡轮壳为整体铸造结构。

3.根据权利要求1所述的两级增压的涡轮增压器，其特征在于：所述流量控制阀的阀体安装于所述低压涡轮壳上且位于所述气体通道的位置，所述流量控制阀的阀杆穿出所述低压涡轮壳的壳体并连接阀杆控制单元。